用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构制造技术

用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，从隧洞围岩表面往隧洞洞壁依次为初期衬砌、隔水层和二次衬砌，所述初期衬砌为钢筋混凝土层；所述隔水层包括初期衬砌外壁表面的混凝土封闭底漆层和混凝土封闭底漆层外表面的聚脲弹性体层；所述二次衬砌为内部埋设有玄武岩纤维网格的钢筋混凝土层。利用高抗拉承载力的玄武岩纤维网格配网于衬砌内部，通过抑制拉裂缝的生成有效增强钢筋混凝土衬砌，并在喷混凝土初期衬砌外壁喷涂聚脲弹性体作为隔水材料，同时能降低高温围岩与低温高压水之间热传导的不利作用，水工隧洞充水运行时玄武岩纤维网格与环向钢筋联合承担温度梯度和高压水荷载所引起的环向拉力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水工隧洞衬砌结构，特别适用于高地温地区高压水工隧洞的衬砌结构，属于水利水电工程
技术背景在高地温(岩体初始温度高于30摄氏度)地区兴建的高压(工作水头大于等于100米)水工隧洞在首次通水运行时，水温较低而岩体温度相对较高，衬砌的内外壁出现内冷外热的温度梯度，而温度梯度将引起衬砌出现环向拉应力；此外，较高的内水压力同样使得衬砌出现环向拉应力。在温度梯度和内水压力所产生的环向拉应力的迭加作用下，采用现行《水工隧洞设计规范》所推荐的混凝土或钢筋混凝土衬砌结构因抗拉性能有限难以避免出现衬砌结构严重开裂的问题，衬砌严重开裂将导致衬砌的防止渗漏与分担内水压力和围岩压力的功用降低或丧失，造成内水外渗、围岩失稳等影响工程的安全运行的不利后果。玄武岩纤维材料由广泛分布的玄武岩制备而成，具有良好的抗拉性能，抗拉强度一般为3000～4800MPa，且具有耐腐蚀性能好、成本低廉的特点，其单位造价远低于碳纤维材料以及钢板，与碳纤维材料以及钢板增强的钢筋混凝土衬砌相比，玄武岩纤维网格增强钢筋混凝土衬砌在工程造价上明显较低。纯聚脲涂层致密、连续、无任何催化剂、无喷涂厚度限制，具有良好的隔水、耐水、耐老化、耐腐蚀、耐交变温度、耐疲劳冲击、耐磨性能，还具有高抗拉强度与高伸长率的特性。因此，对于高地温条件下的水工高压隧洞，初期衬砌的外壁表面喷涂聚脲弹性体隔水层，可有效阻绝当二次衬砌出现贯穿裂缝时低温高压水与高温围岩的直接接触，从而降低热对流，避免围岩水力劈裂破坏，进一步保障了高地温水工高压隧洞的衬砌结构安全与围岩稳定性。公开号为CN101481930B的专利技术专利公开了一种纤维编制网复合钢筋混凝土的建筑结构及其制备方法，该专利技术是通过在混凝土初凝之前，将精细混凝土和纤维编制网浇注在结构受张拉区的外侧的方式，达到有效控制裂缝、解决混凝土开裂、钢筋腐蚀的问题的目的。该专利技术对于结构受拉区处于结构下部或结构受拉区处于一个曲面上的情况，在施工上是难以实现的，且不适用于高地温地区高压水工隧洞。公开号为CN104695980A的专利技术专利公开了一种用于高埋深、高地温、高地应力岩爆地区的发电引水隧洞衬砌结构，该专利技术在岩壁内侧固定有一层隔热材料，通过混凝土衬砌上的两条榫式永久应力释放缝释放衬砌应力。但是，该专利技术不适用于高地应力、高内水压力条件。这是因为，一般的隔热材料因为多孔特性往往力学强度很低，在高地应力或高内水压荷载作用下将导致隔热材料压缩变形破坏与水力劈裂破坏，从而导致隔热效果不佳；此外，该专利技术所用的榫式永久应力释放缝难以解决在温度骤降作用下衬砌内壁表层因局部温度应力过大而开裂的问题以及内壁表层开裂后因水力剥落而掉渣掉块等问题。
技术实现思路
(一)本专利技术要解决的技术问题本专利技术目的在于提供一种适用于高地温地区高内水压力条件下运行工作的水工隧洞的衬砌结构，旨在解决当前广泛采用的混凝土或钢筋混凝土材料的衬砌结构在高地温与高内水压力荷载联合作用下严重开裂并危及围岩稳定的问题。(二)本专利技术的技术方案用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，从隧洞围岩表面往隧洞洞壁依次为初期衬砌、隔水层和二次衬砌，所述初期衬砌为钢筋混凝土层；所述隔水层包括初期衬砌外壁表面的混凝土封闭底漆层和混凝土封闭底漆层外表面的聚脲弹性体层；所述二次衬砌为内部埋设有玄武岩纤维网格的钢筋混凝土层。进一步的，所述的混凝土封闭底漆层厚度不超过0.1mm。进一步的，所述的聚脲弹性体层厚度为3-7mm。进一步的，所述的玄武岩纤维网格配网于二次衬砌内壁表层，保护层厚度为5-10mm，网孔尺寸介于5-30mm之间。进一步的，所述的玄武岩纤维网格由玄武岩纤维编织，或由玄武岩纤维与以下任意一种纤维混合编织：碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维和PBO纤维。进一步的，所述的玄武岩纤维网格通过限位支撑件与二次衬砌中的环向受力钢筋固定。进一步的，所述的限位支撑件为“L”型短钢筋，一端固定环向钢筋上，另一端绑扎固定玄武岩纤维网格。进一步的，所述的限位支撑件在单个横断面上的数量不低于16个，限位支撑件数量随洞径的增大而加密，随玄武岩纤维网格刚度的降低而加密，所述的限位支撑件在洞轴线方向上的密度取决于实际固定效果。进一步的，所述的混凝土封闭底漆层为100％固含量的环氧或聚氨酯类涂料。进一步的，所述的聚脲弹性体层为纯聚脲材料。(三)本专利技术的有益效果1.本专利技术利用高抗拉强度、耐腐蚀的玄武岩纤维对钢筋混凝土二次衬砌进行增强，可有效提高衬砌结构的裂缝控制能力、承载能力、抗水力剥落能力与耐久性。2.本专利技术利用隔水性能良好的纯聚脲弹性体作为二次衬砌与围岩之间的隔水层，当二次衬砌一旦出现贯穿性裂缝时，可有效阻断高温围岩与低温高压水的直接接触，从而降低热对流，避免围岩水力劈裂破坏，有利于提高衬砌结构的可靠性与耐久性。3.本专利技术的施工实现更为简单，工程造价低，可以克服内层为钢板的组合式衬砌结构或预应力混凝土结构的施工难度大、工程造价高等局限性问题。4.与碳纤维或纤维编制网增强混凝土相比较，本专利技术无需配制精细混凝土，结构形式简单，造价低，对于结构受拉区处于结构下部或结构受拉区处于一个曲面上的情况，施工难度小，结构不分层，整体性好。5.本专利技术的衬砌结构具有较好的抗裂、限裂、抗冲刷、抗水力剥落、抗渗隔水等能力，适用于高地温地区的高压水工隧洞。6.具有抗拉承载力高、形式简单、施工方便等特点，可以解决高地温地区高压水工隧洞采用混凝土或钢筋混凝土衬砌结构时，因抗拉承载力有限，在水工隧洞运行时高地温梯度与高内水压力联合作用下衬砌结构容易产生贯穿性张拉裂缝，进而导致造成内水外渗、危及围岩稳定性进而威胁水工隧洞运行安全的问题。附图说明图1为本专利技术用于高地温地区高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构的横断面结构示意图；图2为本专利技术用于高地温地区高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构的横断面局部结构放大图；图3为本专利技术用于高地温地区高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构的限位支撑件固定示意图。附图中的标注：1.初期衬砌、2隔水层、2a.混凝土封闭底漆层、2b.聚脲弹性体层、3.二次衬砌、3a.环向钢筋、3b.玄武岩纤维网格、3c.限位支撑件、4.围岩开挖面。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，从隧洞围岩表面往隧洞洞壁依次为初期衬砌、隔水层和二次衬砌，所述初期衬砌为钢筋混凝土层；所述隔水层包括初期衬砌外壁表面的混凝土封闭底漆层和混凝土封闭底漆层外表面的聚脲弹性体层；所述二次衬砌为内部埋设有玄武岩纤维网格的钢筋混凝土层。所述的玄武岩纤维网格通过限位支撑件与二次衬砌中的环向受力钢筋固定。实施例2用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，从隧洞围岩表面往隧洞洞壁依次为初期衬砌1、隔水层2和二次衬砌3，所述的初期衬砌1为喷混凝土初期衬砌，由喷混凝土与钢筋网组成；所述的隔水层2为聚脲弹性体隔水喷层，由初期衬砌外壁表面的辊涂混凝土封闭底漆层2a与喷涂聚脲弹性体2b组成；所述的二次衬砌3为玄武岩纤维网格增强钢筋混凝土二次衬砌，由环向钢筋3a、二次衬砌内壁表层配网的玄武岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，其特征在于，从隧洞围岩表面往隧洞洞壁依次为初期衬砌、隔水层和二次衬砌，所述初期衬砌为钢筋混凝土层；所述隔水层包括初期衬砌外壁表面的混凝土封闭底漆层和混凝土封闭底漆层外表面的聚脲弹性体层；所述二次衬砌为内部埋设有玄武岩纤维网格的钢筋混凝土层。

【技术特征摘要】
1.用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，其特征在于，从隧洞围岩表面往隧洞洞壁依次为初期衬砌、隔水层和二次衬砌，所述初期衬砌为钢筋混凝土层；所述隔水层包括初期衬砌外壁表面的混凝土封闭底漆层和混凝土封闭底漆层外表面的聚脲弹性体层；所述二次衬砌为内部埋设有玄武岩纤维网格的钢筋混凝土层。2.根据权利要求1所述用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，其特征在于，所述的混凝土封闭底漆层厚度不超过0.1mm。3.根据权利要求1所述用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，其特征在于，所述的聚脲弹性体层厚度为3-7mm。4.根据权利要求1所述用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，其特征在于，所述的玄武岩纤维网格配网于二次衬砌内壁表层，保护层厚度为5-10mm，网孔尺寸介于5-30mm之间。5.根据权利要求1所述用于高地温高压水工隧洞的玄武岩纤维网格增强衬砌结构，其特征在于，所述的玄武岩纤维网格由玄武岩纤维编织，或由玄武岩纤维与以下任意一种纤维混合编织：碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏国韶，鲁和，彭立锋，何保煜，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45